JP2020051731A - 親水性フィンおよび熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は親水性を付与したフィンと熱交換器の提供を目的とする。【解決手段】本発明の親水性フィンは、ろう材とフッ化物系フラックスを用いたろう付けにより接合されるアルミニウムフィンであって、ろう付け時に生じたフッ化物系フラックスの残渣粒子による表面被覆率が１０％以上であり、さらに前記フラックスの残渣粒子と異なる無機化合物粒子がろう付け熱処理後のアルミニウムフィン表面１．０ｍｍ四方あたりに５００〜２０００個存在されたことを特徴とする。【選択図】図９

Description

本発明は、熱交換器に用いて好適な親水性フィンおよび熱交換器に関する。

エアコンディショナー等の空調用熱交換器において、銅製のチューブとアルミニウムフィンを機械的に接合した熱交換器が広く使用されている。
しかし、近年、銅地金の価格高騰や、熱交換性能向上への要求から、銅管の代わりに軽量性、加工性、熱伝導性に優れ、低価格であるアルミニウムパイプもしくはアルミニウム扁平管の使用が検討されている。
更に、銅製のチューブをプラグにより拡管してアルミニウムフィンと機械的に接合した構造では、ろう付けにより接合した構造に比較し、熱交換性能向上の面で限界を有する懸念がある。

エアコンディショナーの性能向上について検討すると、家庭用エアコンディショナーの室外機には凝集水や着霜が発生するので、性能向上のためにはフィンに生じた凝集水などの排水が重要となり、排水機能が性能向上の鍵となる。
また、アルミニウムフィンのフィン間隔を小さくして熱交換器の小型化、軽量化を図ると、表面張力によりフィンの隙間に凝集水や雨水を保水することとなり、熱交換性能に支障を来すので、フィンからの排水機能が小型化、軽量化の面でも性能向上の鍵となる。
アルミニウムフィンからの排水機能を確保するためには、アルミニウムフィンの表面に充分な親水性を付与することが重要となる。

銅製のチューブとアルミニウムフィンを組み合わせた熱交換器では、アルミニウムフィンの親水性向上のため、有機系塗料を予めアルミニウムフィンに塗装したプレコートフィンが用いられている。
ところが、アルミニウム製熱交換器では、部材接合のために約６００℃の炉中でろう付け熱処理を行う必要があり、有機系塗料ではろう付け熱処理中に分解してしまうことでアルミニウムフィンに充分な親水性を付与できない問題がある。

従って、ろう付け構造の熱交換器において、有機皮膜を確実に形成するには、ろう付け後の熱交換器を親水性樹脂液に浸漬し、全体に親水性皮膜を形成する、いわゆるポストコートを行う必要があり（特許文献１参照）、このポストコートにより親水性皮膜を形成することができる。

特開２０１３−９６６３１号公報

ところが、ポストコートによってフィンに親水性皮膜を形成するためには、ろう付け後に熱交換器を１基ずつ親水性処理液に浸漬するバッチ処理が必要となるため、量産には大きな手間と時間がかかる上に、親水性樹脂液の無駄も多く、その廃液処理に手間がかかる問題がある。
これらの背景に鑑み、アルミニウムフィンがろう付け後であっても親水性を発揮出来ることが重要と考え、フィン表面のフラックス残渣の状態について種々研究した結果、本願発明に到達した。

本願発明は、これらの背景に鑑み、アルミニウムフィンをアルミニウムチューブなどのアルミニウム部材に対しろう付けする構造の熱交換器に用いて好適であり、親水性に優れたフィンおよび該親水性フィンを備えた熱交換器を提供することを目的とする。

本発明の親水性フィンは、ろう材とフッ化物系フラックスを用いたろう付けにより接合されるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる親水性フィンであって、ろう付け時に生じたフッ化物系フラックスの残渣粒子による表面被覆率が１０％以上であり、さらに前記フラックスの残渣粒子と異なる無機化合物粒子がろう付け熱処理後のフィン表面１．０ｍｍ四方あたりに５００〜２０００個存在されたことを特徴とする。

本発明の親水性フィンにおいて、前記無機化合物粒子の平均粒径が５〜５０μｍであり、前記無機化合物粒子と前記フラックスの残渣粒子により前記フィン表面に凹凸部が形成されたことが好ましい。

本発明の親水性フィンにおいて、前記フラックスの残渣粒子による表面被覆率が７０％以上であることが好ましい。
本発明の親水性フィンにおいて、前記フラックスの残渣粒子および前記無機化合物粒子が残留した部分の面積拡大率が２００μｍ四方の表面領域において２〜１０の範囲であることが好ましい。

本発明の親水性フィンにおいて、前記フッ化物系フラックスが、Ｋ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_０．０２Ｋ_１−２ＡｌＦ_４−５、ＡｌＦ_３、ＫＦ、ＫＺｎＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｌｉ_３ＡｌＦ_６のいずれか１種または２種以上からなることが好ましい。
本発明の親水性フィンにおいて、ろう付け熱処理後において、乾湿サイクル試験を１４サイクル実施した後の前記フィン表面の水接触角が４０°以下であることが好ましい。

本発明の親水性フィンにおいて、前記アルミニウムフィンの表面に存在する無機化合物粒子が、アルミナ１水和化合物とシリカ化合物のうち１種または２種であることが好ましい。
本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載の親水性フィンがチューブにろう付けされてなることを特徴とする。

本発明によれば、ろう付け時に用いたフッ化物系フラックスに由来するフッ化物系フラックス残渣粒子が１０％以上の被覆率でフィン表面に分散され、さらにフラックス残渣粒子と異なる無機化合物粒子がフィン表面に１．０ｍｍ四方あたり５００〜２０００個分散されているので、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるフィンとして親水性に優れ、フィンの排水性に優れる。
よって、この親水性フィンをチューブなどのアルミニウム部材とろう付けして熱交換器を構成するならば、フィンの排水性に優れ、フィンに凝集水や結露水などが付着し難く、熱交換効率の優れた熱交換器を提供できる。

本発明に係る親水性フィンをチューブにろう付けした第１実施形態の熱交換器を示す斜視図である。 図１に示す熱交換器において、チューブの長さ方向に直交する面に沿って横断面をとった断面図である。 同熱交換器においてろう付け前のチューブの縦断面を示す図。 同熱交換器においてろう付け後のチューブの縦断面を示す図。 本発明に係る親水性フィンをチューブにろう付けして得られた熱交換器の第２実施形態の一部を断面とした正面図である。 同熱交換器において、ヘッダーパイプ、チューブ及びフィン材を組み立ててろう付けした状態を示す部分拡大断面図である。 同熱交換器において、ろう付け前にヘッダーパイプ、チューブ及びフィン材を組み立てた状態を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る親水性フィンの表面が残渣粒子により表面被覆率９８％で覆われた試料の一例を示す表面写真。 本発明に係る親水性フィンの表面における面積拡大率についてレーザー顕微鏡により測定した結果の一例を示す観察画像。 従来試料の一例について親水性皮膜表面の組織を示すＳＥＭ写真。 本発明試料の一例について親水性皮膜表面の組織を示すＳＥＭ写真。 従来試料と本発明試料について水接触角と表面被覆率の関係を対比して示すグラフ。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明に係る親水性フィンとチューブをろう付けして構成した第１実施形態の熱交換器を示す斜視図である。
本実施形態の熱交換器１１は、ルームエアコンディショナーやパッケージエアコン等の室外機用の熱交換器、あるいは、ＨＶＡＣ（Heating Ventilating Air Conditioning）用の室外機、自動車用の熱交換器などの用途に使用されるオールアルミニウム熱交換器である。

図１に示す熱交換器１１は、左右に離間し平行に立設配置された一対のヘッダ管１４と、一対のヘッダ管１４の間に相互に間隔を保って水平に、かつ、ヘッダ管１４に対してほぼ直角に接合された複数本のチューブ２２と、チューブ２２を構成する管体１２の外面にろう付けされ、外気に熱を放散する複数枚のフィン１３を備えている。
一対のヘッダ管１４のうち一方には、ヘッダ管１４を介しチューブ２２に冷媒を供給するための供給管１５が設けられている。また、他方のヘッダ管１４には、チューブ２２を経由した冷媒を回収するための回収管１６が設けられている。チューブ２２、フィン１３、ヘッダ管１４、供給管１５、回収管１６は、アルミニウム又はアルミニウム合金から構成されている。

図２は、チューブ２２の部分断面をとった熱交換器１１の断面図である。
図２に示すように、チューブ２２を構成する偏平状の管体１２の内部には幅方向に沿って一列に並ぶ複数（本実施形態では１０個）の冷媒流路１２Ｄが形成されている。
また、図２に示すようにフィン１３には、チューブ２２の断面形状に対応する切り欠き部１９が、複数（本実施形態では８個）上下に間欠的に形成されている。図２に示すように鉛直に起立させた場合のフィン１３を側面視した状態で切り欠き部１９は個々に水平に形成されている。

図３は、熱交換器１１においてチューブ２２の縦断面を示す図であり、図３はろう付け前の状態を示す。
図１に示すようにフィン１３は、複数枚個々に鉛直向きに配置され、複数のフィン１３が水平方向に並ぶように並列配置されるとともに、各切り欠き部１９にチューブ２２が挿通されている。図１に示すように複数のフィン１３は、チューブ２２の長さ方向に配置されている。フィン１３は、切り欠き部１９の内周縁部にチューブ２２の外面に沿って屈曲した屈曲部２０を有している。屈曲部２０は、例えばバーリング加工により形成される。
チューブ２２とフィン１３は、一定間隔に並べたフィン１３を串刺しするように、フィン１３の切り欠き部１９にチューブ２２を嵌合し、チューブ２２とフィン１３の接続部分をろう付けすることにより相互に一体化されている。

以下に熱交換器１１の主な構成要素についてより詳細に説明する。
＜フィン＞
図４に示すようにフィン１３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状の基材３と、基材３の第１の面３ａ及び第２の面３ｂにフラックス残渣および無機化合物粒子によって形成された親水層１ａとからなる。なお、フィン１３を構成する基材３は、一例としてろう付け前の状態において、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状の芯材の片面または両面にろう材をクラッド圧着したクラッド材からなる。
＜基材＞
基材３は、ＪＩＳ１０５０系などの純アルミニウム系あるいはＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金を主体としたアルミニウム合金からなる。また、基材３は、ＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金に質量％で０．５〜３．０％程度のＺｎを添加したアルミニウム合金からなるものであっても良い。さらに、基材３は、その表面に耐食性下地処理を施したものであっても良い。

＜チューブ＞
図４に示すように、ろう付け後のチューブ２２は、管体１２と、管体１２の上面１２ａと下面１２ｂに形成された犠牲防食層１５Ａを有している。管体１２は、図２に示すようにその内部に複数の冷媒流路１２Ｄが形成された偏平多穴管であり、管体１２の幅方向両端側には端側面１２ｃが形成されている。熱交換器１１において犠牲防食層１５Ａが形成されている位置には、フィン１３とチューブ２２を組み付けたろう付け前の熱交換器の状態（図３参照）ではＺｎ溶射層１５Ｂが形成されていて、ろう付け時にこのＺｎ溶射層１５ＢのＺｎがチューブ２２の外面側（上面１２ａ側と下面１２ｂ側）から内面側に拡散し、犠牲防食層１５Ａが形成される。
管体１２は、ＪＩＳ１０５０系などの純アルミニウム系あるいはＪＩＳ３００３系、ＪＩＳ３１０２系、Ａｌ−Ｃｕ系のアルミニウム合金を主体とした合金からなり、上記アルミニウム合金を押出することにより作製されたものである。

＜フラックス層＞
ろう付け前のチューブ２２の表裏面およびフィン１３の外表面、あるいは、フィン１３とチューブ２２を組み付けたろう付け前の熱交換器全体に、Ｋ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_０．０２Ｋ_１−２ＡｌＦ_４−５、ＡｌＦ_３、ＫＦ、ＫＺｎＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｌｉ_３ＡｌＦ_６のいずれか１種または２種以上からなるフッ化物系のフラックス層１が塗布されている。このフラックス層１は、例えばフィン１３とチューブ２２を組み付けたろう付け前の熱交換器の外表面全体にフラックスをスプレー塗布することにより形成されている。また、フラックス層１には、後述する無機化合物粒子が複数添加されている。この無機化合物粒子については後に詳述する。

＜親水性皮膜＞
フラックス層１は、チューブ２２とフィン１３をろう付けする際、ろう付け熱処理途中の５５０℃程度に加熱されると溶融し、ろう付け後の冷却過程で結晶化し、残渣を形成する。
このため、チューブ２２とフィン１３の表裏面（外面）には、後述する実施例において得られた図１１の表面写真に示すようにフッ化物系フラックスが凝集して結晶化された残渣粒子１ｃが分散されるとともに、前記フッ化物系フラックスに添加された無機化合物粒子１ｄが分散された親水層１ａが図４に示すように形成されている。
この親水層１ａは、フッ化物系フラックスの残渣粒子１ｃがチューブ２２とフィン１３の表裏面（外面）に対し、２００μｍ四方の範囲において１０％以上、より好ましくは７０％以上覆う構造である。
図４においては親水層１ａを見やすくするために１層の膜状に描いているが、実際には図１１に拡大して示すように複数のフッ化物系フラックスの残渣粒子１ｃと無機化合物粒子１ｄが混在され、分散された構造とされている。なお、被覆率１０％、７０％は、表面観察を行い、２００μｍ四方（２００μｍ□）の範囲を複数規定し各範囲で測定した被覆率とする。
なお、屈曲部２０においてチューブ２２側の面にろう付け前に塗布されたフラックス層２０ａについてもろう付け後に親水性皮膜２０ｂとなって一部残留している。

被覆率を求める方法の一例として、ＥＰＭＡにより試料の表面観察を行って、Ａｌの元素マッピングを行い、Ａｌカウント数しきい値を元に二値化してＡｌ素地面積を算出した後、被覆率を求めることができる。Ａｌカウント数のしきい値は表面のＳＥＭ観察結果を見ながら、Ａｌ素地をおよそ抽出できるカウント数を求めて適用することができる。
面積拡大率は、レーザー顕微鏡にて約２００μｍ四方の視野にて試料観察を行い、「観察視野面積」に対する「表面積」の比（面積拡大率＝表面積／観察視野面積）として求めることができる。面積拡大率を求める観察視野は、フラックス残渣上にて任意に選択することができる。レーザー顕微鏡では３Ｄ計測が可能なので、上記の関係により表面積（高さを考慮した面積）を求めることができる。
レーザー顕微鏡は、例えばKEYENCE社 LASER MICROSCOPE VK-X100（観察レンズ：×100）を用いることができる。
なお、レーザー顕微鏡で試料観察を行う前に、以下の前処理を行う必要がある。フラックス残渣は半透明であり、そのままではレーザー光を透過する。このため、フラックス残渣の観察前に、金蒸着の手段にてフラックス残渣に着色し、着色後レーザー顕微鏡で観察することができる。

フッ化物系フラックスをろう付け温度に加熱した場合、加熱途中で樹脂分は蒸発するが、フッ化物系フラックスは一度溶融し、冷却時に結晶化して残留し、フィン１３の外表面に残渣粒子１ｃとして残留する。また、無機化合物粒子１ｄはそのまま残留する。これらにより親水層１ａが生成される。
なお、後述する実施例において求めたフィン１３の表面被覆率９８％の親水性皮膜のレーザー顕微鏡写真を図８に示す。図８の写真において、フィン１３の表面で残渣粒子１ｃが描かれていない領域については、残渣粒子１ｃが全くないわけではない。この領域は、３μｍ未満の微細な残渣粒子が多少存在していても電子顕微鏡観察でフィン１３を構成するアルミニウム合金の素地を確認できる領域であり、この領域については残渣粒子１ｃが無い領域として描いている。従って、円相当径３〜１０μｍのフッ化物系フラックスの残渣粒子１ｃがフィン１３の表面を被覆している割合が１０％以上、より好ましくは７０％以上であれば本発明において望ましい範囲とする。
表面被覆率が１０％未満の場合、ろう付け後のフィン接触角が増大し、良好な親水性が得られない。

また、無機化合物粒子１ｄは、ろう付け熱処理後のフィン１３の表面に１．０ｍｍ四方（１．０ｍｍ□）あたりに５００〜２０００個存在することが好ましい。
フィン１３の表面に存在する無機化合物粒子１ｄの個数が１．０ｍｍ四方あたり５００個未満の場合、ろう付け後のフィン接触角が増大し、望ましい親水性が得られない。フィン１３の表面に存在する無機化合物粒子１ｄの個数が１．０ｍｍ四方あたり２０００個を超える場合、ろう付けが阻害され、良好な接合状態を得ることが難しくなる。
無機化合物粒子１ｄとしてアルミナ１水和化合物の粒子（ベーマイト粒子）またはシリカ化合物の粒子（二酸化ケイ素粒子）、もしくは、これらを混合した複合粒子を用いることが望ましい。
その他、無機化合物粒子１ｄとして、アルミナ化合物の粒子(酸化アルミニウム)や水酸化アルミニウム化合物の粒子を用いることができる。

フィン１３とチューブ２２をろう付けする場合の雰囲気は、不活性ガス雰囲気中が望ましく、低酸素状態で行うことが好ましい。例えば、フィン１３とチューブ２２を熱交換器型に組み付け、フッ化物系フラックスと無機化合物粒子の混合液を塗布後に窒素ガスを満たしたろう付け用の加熱炉に搬送して６００℃前後の温度に加熱してろう付けする場合、加熱炉に窒素ガスを満たし、加熱炉内の雰囲気を酸素濃度１０ｐｐｍ以下に調整することが好ましい。酸素濃度については低い方がろう付けの場合のろう付け性に優れる。残渣粒子１ｃによる被覆率を調整するにはフッ化物系フラックスの塗布量を調整することで実現できる。また、フッ化物系フラックスとしてＫＡｌＦ_４を用いた場合の一例として、ろう付け時の酸素濃度を１００ｐｐｍ程度にするとフラックスの残渣形態は花弁状となる傾向があり、１０ｐｐｍ程度にするとフラックスの残渣形態は鱗片状になる傾向があり、５０ｐｐｍ程度では鱗片状と花弁状の混合形態となる傾向がある。無機化合物粒子１ｄによる被覆率を調整するには無機化合物粒子の塗布量を調整することで実現できる。

また、本実施形態において残渣粒子１ｃと無機化合物粒子１ｄの存在によるフィン１３の表面積拡大率の数値も重要であり、表面積拡大率が２．０〜１０の範囲であることがより好ましい。
面積拡大率が２．０未満の場合、ろう付け後のフィン接触角が増大し、良好な親水性を得られなくなる可能性が高くなる。面積拡大率が１０．０を超える場合、ろう付けが阻害され、良好な接合状態を得ることが難しくなる。

以上説明のように、表面にフッ化物系フラックスの残渣粒子１ｃと無機化合物粒子１ｄが分散され、フッ化物系フラックスの残渣粒子１ｃによる表面被覆率が１０％以上であって、無機化合物粒子１ｄが１．０ｍｍ四方あたりに５００〜２０００個存在する親水層１ａを有するフィン１３であるならば、親水性に優れるフィン１３となる。このため、図１に示すろう付け構造であってフィン１３を備えた熱交換器１１であるならば、フィン１３が短い間隔で複数隣接配置された構造であっても、フィン１３の間に凝集水や結露水による水を保水する可能性が低く、熱交換性能が低下するおそれの少ない熱交換器１１を提供できる。

また、本実施形態の親水性皮膜１３は、残渣粒子１ｃに加えて無機化合物粒子１ｄを分散させて表面に微細な凹凸を複数形成しているので、表面積をより大きくすることができ、残渣粒子１ｃのみの親水性皮膜より優れた親水性を得ることができる。このため、本実施形態の親水性皮膜１３は、残渣粒子１ｃのみの親水性皮膜より低い表面被覆率であっても、より優れた親水性を示す。

図５は、コルゲートフィンを備えた第２実施形態の熱交換器３０の一部を断面とした正面図である。
第２実施形態の熱交換器３０は、自動車用の熱交換器、ルームエアコンディショナーの室内・室外機用の熱交換器、あるいは、ＨＶＡＣ（Heating Ventilating Air Conditioning）用の室外機、などの用途に使用されるオールアルミニウム熱交換器である。
この熱交換器３０は、左右に離間して平行に立設配置されたヘッダーパイプ３１、３２と、これらのヘッダーパイプ３１、３２の間に相互に間隔を保って平行に、かつ、ヘッダーパイプ３１、３２に対して直角に接合された複数の扁平状のチューブ３３と、各チューブ３３に付設された波形のフィン（コルゲートフィン）３４を主体として構成されている。ヘッダーパイプ３１、３２、チューブ３３及びフィン３４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている。

ヘッダーパイプ３１、３２の相対向する側面に複数のスリット３６が各パイプの長さ方向に定間隔で形成され、これらヘッダーパイプ３１、３２の相対向するスリット３６にチューブ３３の端部を挿通してヘッダーパイプ３１、３２間にチューブ３３が架設されている。また、ヘッダーパイプ３１、３２間に所定間隔で架設された複数のチューブ３３、３３の間にフィン３４が配置され、これらのフィン３４がチューブ３３の表面側あるいは裏面側にろう付けされている。

図６に示す如く、ヘッダーパイプ３１、３２のスリット３６に対してチューブ３３の端部を挿通した部分においてろう材により第１のフィレット部３８が形成され、ヘッダーパイプ３１、３２に対しチューブ３３がろう付けされている。また、波形のフィン３４において波の頂点の部分を隣接するチューブ３３の表面または裏面に対向させてそれらの間の部分に生成されたろう材により第２のフィレット部３９が形成され、チューブ３３の表面側と裏面側に波形のフィン３４がろう付けされている。
フィン３４は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる板状の基材３４ａと、基材３４ａの全面（表面と裏面及び両側面）に付着された親水層３５ａを有している。

本実施形態の熱交換器３０は、ヘッダーパイプ３１、３２とそれらの間に架設された複数のチューブ３３と複数のフィン３４とを組み付けて図７に示す如く熱交換器組立体４１を形成し、これを加熱してろう付けすることにより製造されたものである。なお、ろう付け時の加熱によってチューブ３３の表面側と裏面側にはＺｎ溶融拡散層（犠牲陽極層）４２が形成されている。

以下、熱交換器３０の主な構成要素についてより詳細に説明する。
＜フィンの基材＞
フィン３４の基材３４ａは、ＪＩＳ１０５０系などの純アルミニウム系あるいはＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金を主体とした合金からなる。また、基材３４ａは、ＪＩＳ３００３系のアルミニウム合金に質量％で２％程度のＺｎを添加したアルミニウム合金からなるものであっても良い。

フィン３４の基材３４ａは、チューブ３３の孔食電位よりも卑の孔食電位となる材料を用いることが好ましい。チューブ３３の腐食に伴う孔食は冷媒の漏れ出しにつながるおそれがある。フィン３４において基材３４ａの孔食電位をチューブ３３の孔食電位より卑とすることで、フィン３４の基材３４ａが優先的に腐食しチューブ３３に孔食が生じることを遅延させることができる。
基材３４ａは、前記アルミニウム合金を常法により溶製し、熱間圧延工程、冷間圧延工程、プレス工程などを経て加工される。なお、基材３４ａの製造方法は、本発明において特に限定されるものではなく、既知の製法を適宜採用することができる。

親水性フィン３４の両面には先の実施形態において説明した残渣粒子１ｃと無機化合物粒子１ｄを含む親水層３５ａが形成されている。
また、コルゲート型の親水性フィン３４は、チューブ３３に最も近い頂点位置においてろう材によりチューブ３３にろう付け接合されている。

本実施形態の親水性フィン３４は、先の第１実施形態の親水性フィン１３と同等の基材を有し、基材の表裏両面に先の実施形態の親水層１ａと同等の親水層３５ａが形成されている。この親水層３５ａには先の親水層１ａと同様に残渣粒子と無機化合物粒子が含まれている。
このため、本実施形態の親水性フィン３４においても優れた排水性を確保でき、フィン間隔が小さい場合であっても、フィン間の隙間に水滴が保持されることがない特徴を有する。
このため、フィン３４が短い間隔で複数隣接配置された構造であっても、フィン３４の間に凝集水や結露水による水を保水する可能性が低く、熱交換性能が低下するおそれの少ない熱交換器３０を提供できる。

＜＜サンプルの作製＞＞
０．３質量％〜０．５質量％Ｓｉと０．２質量％〜０．４質量％Ｍｎを含有し、残部不可避不純物とＡｌからなるチューブ用アルミニウム合金を溶製し、この合金から横断面形状（肉厚０．２６ｍｍ×幅１７．０ｍｍ×全体厚１．５ｍｍ）であって、扁平状の熱交換器用アルミニウム合金の多穴管（１０穴）を押出形成した。また、この多穴管の表面にＺｎ溶射を行って亜鉛被覆した多穴管を作製した。
０．４質量％〜０．６質量％Ｓｉと１．０質量％〜２．０質量％Ｍｎと０．５質量％〜３．０質量％Ｚｎを含有し、残部不可避不純物とＡｌとからなる基材を芯材とし、片面にろう材層（ＪＩＳ４０４５合金層）を配置したクラッドフィン材を作製した。

次に、前記チューブ６本とフィン５０枚から図１に示す構造の熱交換器を組み立て、仮のミニコア試験体とし、このミニコア試験体表面に後述する塗布量で後述する種類のフラックス（無機化合物粒子含有）を塗布し、これらの試験体を窒素雰囲気の加熱炉内に６００℃×３分保持する条件でろう付けを行った。加熱炉の窒素雰囲気は、酸素濃度１０ｐｐｍの窒素雰囲気に調整した。フィンにはチューブを収容可能なスリット状の溝部を６本設け、フィンを１〜２ｍｍ間隔で５０枚積層した。
このろう付けにより、Ｚｎ溶射皮膜が形成されていたチューブの表面及び裏面に、犠牲防食層が形成されるとともに、フィンがろう付けされたので、これらを熱交換器試験体とした。
また、熱交換器試験体のフィンの表裏面には、フラックス層が６００℃に加熱溶融されたことでフッ化物系フラックスの残渣粒子と無機化合物粒子が分散した親水層が形成された。
この熱交換器試験体に対しそれぞれ後述する各試験に供した。

前記ミニコア試験体を組み立てる際、フラックス塗布量を０．５〜１０ｇ／ｍ^２に設定して複数の試験体を組み立て、それぞれ以下の試験に供した。また、用いたフラックスの種類は、後述する表に記載のように、ＫＡｌＦ_４＋Ｋ_３ＡｌＦ_６、ＣｓＡｌＦ₄、ＫＺｎＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｌｉ_３ＡｌＦ_６のうち、いずれかを用いた。

＜表面被覆率＞
ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナリシス）により、ろう付熱処理後の試料の表面に対しＡｌの元素マッピングを行ない、Ａｌカウント数のしきい値を元に画像を二値化してＡｌ素地面積を算出した後、フラックス残渣粒子および無機化合物粒子の表面被覆率を算出した。Ａｌカウント数のしきい値は試料表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）での観察画像を元にＡｌ素地をおよそ抽出できるカウント数を求めて適用した。
＜残渣粒子測定＞
フィンの表裏面に形成されているフッ化物系フラックスの残渣粒子について、ＥＰＭＡにより観察面のＡｌの元素マッピングを行い、Ａｌカウント数のしきい値を元に二値化してＡｌ素地面積を算出した後、被覆率を求めた。Ａｌカウント数のしきい値はＳＥＭ観察結果を見ながら、Ａｌ素地をおよそ抽出できるカウント数を求めて適用した。

＜粒子個数測定＞
ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナリシス）により、ろう付熱処理後の試料に対し、１．０ｍｍ四方の視野に関してＦカウント数のしきい値を元に画像を二値化する事で、フラックス残渣粒子と無機化合物粒子を分離した。これに画像解析を行なう事でフラックス残渣以外の無機化合物粒子のサイズおよび個数を測定した。

＜面積拡大率＞
面積拡大率は、レーザー顕微鏡にて２００μｍ四方（２００μｍ□）の視野にて試料観察を行ない、「観察視野面積」に対する「ろう付熱処理後の表面積」の比（面積拡大率＝ろう付熱処理後の表面積／観察視野面積）として求めた。面積拡大率を求める観察視野は、フラックス残渣上にて任意に選択することができる。
レーザー顕微鏡では３Ｄ計測が可能なので、上記の関係により表面積（高さを考慮した面積）を求める事ができる。レーザー顕微鏡は例えばＫＥＹＥＮＣＥ社 ＬＡＳＥＲ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＶＫ−Ｘ１００（観察レンズ：×１００）を用いる事ができる。なお、レーザー顕微鏡で試料観察を行なう前に、以下の前処理を行なう必要がある。フラックス残渣は半透明であり、そのままではレーザー光を透過する。このため、観察前に金蒸着にてフラックス残渣に着色し、着色後にレーザー顕微鏡で観察した。

[親水性：乾湿サイクル試験後の水接触角]
ろう付後の試料に対し、流水に８時間浸漬後、１６時間乾燥を行なう工程を１サイクルとし、１４サイクル実施した後のフィン表面の水接触角を測定した。この時の水接触角が４１°以上の試料を×、４０°〜２１°の試料を△、２０〜１１°の試料を○、１０°以下の試料を◎と表記して親水性を評価した。

[ろう付け性：フィン接合率評価試験］
扁平多穴管チューブとろう材が貼り合わせられたクラッドフィンを組合せ、６００℃の温度で３分保持するろう付け熱処理を行ない、チューブとフィンがろう付け接合された試験体を作製した。
ろう付け接合された各フィンについて、チューブからフィンをはぎ取り、チューブ表面に残存するフィン接合跡を観察した。そして、未接合箇所（ろう付けを行なったが接合部跡が残らなかった箇所）の数をカウントした。一つの試験体に対して１００か所の観察を行ない、正常な接合箇所が６９か所以下の試料を×、７０〜７９か所の試料を△、８０〜８９か所の試料を○、９０か所以上の試料を◎と表記してろう付け性を判断した。

以下の表１に、用いたフラックスの種類、塗布量、ろう付け後の残渣の形態を記載し、無機化合物粒子の個数（個／ｍｍ^２）、表面被覆率（％：フラックス被覆率）、面積拡大率（％）、水接触角（°）、ろう付け性の測定結果を記載した。

表１に示す結果から、フラックスの残渣粒子を含む親水性皮膜であって、表面被覆率１０％以上であり、平均粒径５〜５０μｍの無機化合物粒子を５００〜２０００個／ｍｍ^２有し、面積拡大率２．０〜１０．０の試料であれば、乾湿サイクル試験後において４０°以下の優れた水接触角を示す優れた親水性を有し、ろう付け性にも優れた熱交換器を提供することができた。
従ってろう付け後のフラックス残渣を利用して好適な親水性皮膜を形成できることがわかる。

また、ＫＡｌＦ_４＋Ｋ_３ＡｌＦ_６、ＣｓＡｌＦ₄、ＫＺｎＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｌｉ_３ＡｌＦ_６のいずれのフラックス種であっても同じ傾向を示した。

Ｎｏ.２８の試料（比較例）は、無機化合物粒子の数が２００個／ｍｍ^２であり、少ない例であるが、水接触角が悪くなり、Ｎｏ.２９の試料（比較例）は、無機化合物粒子の数が２５００個／ｍｍ^２であり、多すぎた例であるが、ろう付け性が低下した。
Ｎｏ.３０の試料（比較例）は、表面被覆率が低い試料であるが、水接触角が若干悪くなり、ろう付け性が低下した。
Ｎｏ.３１の試料（比較例）は、面積拡大率が低い試料であるが、水接触角が悪化し、Ｎｏ.３２の試料（比較例）は、面積拡大率が高すぎた試料であるが、ろう付け性が低下した。
Ｎｏ.３３の試料（比較例）は、無機化合物粒子の数が２５００個／ｍｍ^２であり、無機化合物粒子数が多すぎ、表面被覆率が低く、面積拡大率が大きすぎた試料であるが、水接触角が悪くなり、ろう付け性も低下した。

図９は、表１に示すＮｏ.４の試料の面積拡大率についてレーザー顕微鏡により測定した観察画像の一例を示す。図９の例では、面積拡大率を３.８と計測できた例である。

図１０は、表１に示すＮｏ.１の比較例試料の表面組織写真を示し、図１１は、表１に示すＮｏ.５の実施例試料の表面組織写真を示す。
図１１に示す組織では、フラックス残渣による残渣粒子１ｃと無機化合物粒子１ｄが分散した組織を有することで表面に微細な凹凸が複数形成されている。この微細な凹凸の存在により優れた親水性を発現していると推定できる。

図１２は、表１に示す試料Ｎｏ.１３、１６、１７の実施例試料の水接触角と表面被覆率の関係と、表１に示す試料Ｎｏ. ２８、２９、３１の比較例試料の水接触角と表面被覆率の関係を対比して示すグラフである。
図１２に示す対比関係から明らかなように、本願実施例試料であるならば、比較例試料に対し、表面被覆率が低い試料であっても、より優れた水接触角を得ることができた。
従って、本発明に係る親水性皮膜を有するフィンであれば、優れた排水性を有し、水滴などがフィン間の隙間を閉塞することのない、排水性の高いフィンを有する熱交換器を提供できる。

本発明の親水性フィンは、ろう付けタイプのオールアルミニウム熱交換器に適用することができ、フィン表面において排水性の良好な熱交換器を提供することができる。

１…フラックス層、１ａ…親水層、１ｃ…残渣粒子、１ｄ…無機化合物粒子、３…基材、３ａ…第１の面、３ｂ…第２の面、５Ａ…犠牲防食層、１１…熱交換器、１２…管体、１２ａ…上面、１２ｂ…下面、１２ｃ…端側面、１２Ｄ…冷媒流路、１３…フィン、１４…ヘッダ管、１５…供給管、１５Ａ…犠牲防食層、１５Ｂ…ろう材層、１６…回収管、２２…チューブ、３０…熱交換器、３１、３２…ヘッダーパイプ、３３…チューブ３３、３４…フィン（コルゲートフィン）、３４ａ…基材、３５ａ…親水層。

Claims (8)

1. ろう材とフッ化物系フラックスを用いたろう付けにより接合されるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる親水性フィンであって、ろう付け時に生じたフッ化物系フラックスの残渣粒子による表面被覆率が１０％以上であり、さらに前記フラックスの残渣粒子と異なる無機化合物粒子がろう付け熱処理後のフィン表面１．０ｍｍ四方あたりに５００〜２０００個存在されたことを特徴とする親水性フィン。
2. 前記無機化合物粒子の平均粒径が５〜５０μｍであり、前記無機化合物粒子と前記フラックスの残渣粒子により前記フィン表面に凹凸部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の親水性フィン。
3. 前記フラックスの残渣粒子による表面被覆率が７０％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の親水性フィン。
4. 前記フラックスの残渣粒子および前記無機化合物粒子が残留した部分の面積拡大率が２００μｍ四方の表面領域において２〜１０の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の親水性フィン。
5. 前記フッ化物系フラックスが、Ｋ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_１−３ＡｌＦ_４−６、Ｃｓ_０．０２Ｋ_１−２ＡｌＦ_４−５、ＡｌＦ_３、ＫＦ、ＫＺｎＦ_３、Ｋ_２ＳｉＦ_６、Ｌｉ_３ＡｌＦ_６のいずれか１種または２種以上からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の親水性フィン。
6. ろう付け熱処理後において、乾湿サイクル試験を１４サイクル実施した後の前記フィン表面の水接触角が４０°以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の親水性フィン。
7. 前記フィン表面に存在する無機化合物粒子が、アルミナ１水和化合物とシリカ化合物のうち１種または２種であることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の親水性フィン。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の親水性フィンがチューブにろう付けされてなる熱交換器。